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문제 정의
- 본 연구에서는 고주파 마그네트론 스퍼터링 법으로 Ga 도핑된 ZnO 박막을 투명 플라스틱 기판인 PES (Polyethersulfone) 위에 증착하여, 공정 압력 변화에 따른 구조적 특성과 광학적 및 전기적 특성 변화를 조사하였다.
제안 방법
- GZO 박막의 구조적 특성은 X선 회절분석기 (Philips, PW3020) 기를 이용하여 조사하였고, 박막의 표면 형상은 AFM (VG, Microlab 310F) 사용하여 측정하였다. 전기적 특성은 Hall 효과 측정기 (Accent, HL5500PC)를 이용하여 조사하였고, 광학적 특성은 UV-Vis Spectrometer (Varian, Cary-500)를 이용하여 300~800nm 파장 범위에서 측정하였다.
- GZO 박막을 증착시켰다. PES 기판 표면에 있는 불순물을 제거하기 위해 초음파세척기를이용하여2-Propanol(10분)/증류수(10분)의 과정을 2회 반복하였고 질소 가스를 이용하여 건조하였다. 진공조는 로터리 펌프와 터보 펌프를 사용하여 챔버안의 압력을2×10-6 Torr 이하로 배기한 후, MFC (Mass Flow Controller) 로 Ar 가스와 O2 가스를 주입하여 원하는 공정압력을 조절하였다.
- 스퍼터링 타겟은 Ga2O3이 도핑된 2 인치 1/4 세라믹 타겟 (Ga2O3:5wt%, ZnO:95 wt%) 을 사용하였다. RF 파워 70W, 기판온도 200℃ 에서 공정압력을 5에서 20mTorr 로 변화시키면서 GZO 박막을 제작하였다.
- 본 연구에서는 고주파 마그네트론 스퍼터링 법으로 공정압력을 5 에서 20mTorr 로 변화시켜가며 PES 플라스틱 기판 위에 GZO (Ga2O3:5wt%, ZnO:95wt %) 박막을 제작하여, 구조적 특성과 광학적 및 전기적 특성을 조사하였다. X선 회절 분석을 통해 공정압력에 무관하게 모든 GZO 박막이 c 축으로 우선 성장함을 확인할 수 있었고, 5mTorr 에서 증착한 GZO 박막이 반가 폭 0.
- 전기적 특성은 Hall 효과 측정기 (Accent, HL5500PC)를 이용하여 조사하였고, 광학적 특성은 UV-Vis Spectrometer (Varian, Cary-500)를 이용하여 300~800nm 파장 범위에서 측정하였다.
- 진공조는 로터리 펌프와 터보 펌프를 사용하여 챔버안의 압력을2×10-6 Torr 이하로 배기한 후, MFC (Mass Flow Controller) 로 Ar 가스와 O2 가스를 주입하여 원하는 공정압력을 조절하였다. 증착 전 20분 정도의 예비 스퍼터링을 수행하여 타겟 표면의 이물질을 제거한 후, 본 스퍼터링을 수행하였다. 스퍼터링 타겟은 Ga2O3이 도핑된 2 인치 1/4 세라믹 타겟 (Ga2O3:5wt%, ZnO:95 wt%) 을 사용하였다.
- PES 기판 표면에 있는 불순물을 제거하기 위해 초음파세척기를이용하여2-Propanol(10분)/증류수(10분)의 과정을 2회 반복하였고 질소 가스를 이용하여 건조하였다. 진공조는 로터리 펌프와 터보 펌프를 사용하여 챔버안의 압력을2×10-6 Torr 이하로 배기한 후, MFC (Mass Flow Controller) 로 Ar 가스와 O2 가스를 주입하여 원하는 공정압력을 조절하였다. 증착 전 20분 정도의 예비 스퍼터링을 수행하여 타겟 표면의 이물질을 제거한 후, 본 스퍼터링을 수행하였다.
대상 데이터
- 증착 전 20분 정도의 예비 스퍼터링을 수행하여 타겟 표면의 이물질을 제거한 후, 본 스퍼터링을 수행하였다. 스퍼터링 타겟은 Ga2O3이 도핑된 2 인치 1/4 세라믹 타겟 (Ga2O3:5wt%, ZnO:95 wt%) 을 사용하였다. RF 파워 70W, 기판온도 200℃ 에서 공정압력을 5에서 20mTorr 로 변화시키면서 GZO 박막을 제작하였다.
이론/모형
- 고주파 마그네트론 스퍼터링 법을 이용하여 PES 기판에 GZO 박막을 증착시켰다. PES 기판 표면에 있는 불순물을 제거하기 위해 초음파세척기를이용하여2-Propanol(10분)/증류수(10분)의 과정을 2회 반복하였고 질소 가스를 이용하여 건조하였다.
성능/효과
- 조사하였다. X선 회절 분석을 통해 공정압력에 무관하게 모든 GZO 박막이 c 축으로 우선 성장함을 확인할 수 있었고, 5mTorr 에서 증착한 GZO 박막이 반가 폭 0.44° 로 가장 우수한 결정성을 나타내었다. AFM 으로 박막의 표면을 관찰한 결과, 공정압력이 5 에서 20 mTorr 로 증가함에 따라 표면 거칠기 값은 0.
- 공정압력이 5 에서 20mTorr 로 증가함에 따라, 표면 거칠기(RMS) 는 0.20에서 4.66nm로 커져 박막의 표면이 점점 거칠어짐을 확인할 수 있었다.
- 비저항 및 가시광 (400∼800nm) 영역에서의 평균 투과도를 이용해서 구한 재료평가지수는 공정압력 5mTorr 에서 증착한 GZO 박막에서 6652 로 가장 우수한 값을 나타내었다. 또한 공정압력이 증가함에 따라 캐리어 농도가 감소하고 이로 인해 에너지 밴드갭이 좁아지는 Burstein- Moss 효과도 관찰할 수 있었다.
- 본 연구를 통해 투명 플라스틱 기판에 성장시킨 GZO 박막이 우수한 전기적 및 광학적 특성을 나타냄을 확인할 수 있었다. 이로부터 GZO 박막이 플렉시블 디스플레이의 투명 전도막으로서 매우 유망한 재료가 될 것으로 기대된다.
- 27×10-2Ω·cm로 증가하였다. 비저항 및 가시광 (400∼800nm) 영역에서의 평균 투과도를 이용해서 구한 재료평가지수는 공정압력 5mTorr 에서 증착한 GZO 박막에서 6652 로 가장 우수한 값을 나타내었다. 또한 공정압력이 증가함에 따라 캐리어 농도가 감소하고 이로 인해 에너지 밴드갭이 좁아지는 Burstein- Moss 효과도 관찰할 수 있었다.
- 이는 공정압력이 증가할수록 스퍼터된 입자들이 보다 많은 산란과정을 거치며 에너지를 잃게 되고 이것이 박막의 결정성을 악화시키기 때문이다. 이로부터 공정압력이 5mTorr 일 때 가장 우수한 결정성을 나타냄을 알 수 있다.
후속연구
- 수 있었다. 이로부터 GZO 박막이 플렉시블 디스플레이의 투명 전도막으로서 매우 유망한 재료가 될 것으로 기대된다.
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